王哲(青岛美尔塑料粉末有限公司)
摘要：本文研究了不同树脂及不同反应体系、不同树脂含量、不同填料、不同表面类型对粉末涂料UVA老化性能的影响。通过对各时间段光泽和色差数据的统计分析，得出不同因素对粉末涂料老化性能的基本影响规律，从而为粉末涂料配方的设计提供参照。
关键词：粉末涂料；人工加速老化；耐候性
0 引言
随着涂料行业的绿色化，溶剂型涂料逐步退出历史舞台，粉末涂料因其不含有机溶剂、无污染的优势，近几年得到了快速的应用和发展，特别是热固性粉末涂料。其中，户外粉末涂料占据了很大的比例。然而粉末涂料固化后形成的涂层，在实际户外使用的过程中容易受到阳光、雨水、温度、氧气等诸多环境因素的影响，会导致涂层发生褪色、失光、粉化、开裂等老化现象，从而影响产品的性能和美观，甚至造成严重的经济损失。因此研究影响粉末涂料老化的因素，对于预测粉末涂料的使用寿命，制备耐候性能比较优异的粉末涂料，降低涂层老化所造成的损失具有重要的现实意义。
1 实验部分
1.1 实验材料
聚酯树脂(A、B、C、D、E、F)、TGIC固化剂、HAA固化剂、聚氨酯粉末固化剂、流平剂、光亮剂、安息香、硫酸钡、钛白粉等均为国产工业级。
1.2 仪器设备
电子秤、双螺杆挤出机、研磨机、实验静电喷枪、鼓风干燥箱、光泽仪、色差仪、人工加速老化实验箱等。
1.3 粉末涂料制备
表1 不同树脂及反应体系配方表
表2 不同填料配方表
表3 不同树脂含量配方表
表4 不同表面类型配方表
按照以上配方制备粉末涂料，工艺流程为配料→预混→挤出→压片→粉碎→研磨→过筛→喷涂，分别在相应的固化条件下得到老化试样。
1.4 人工老化加速实验测试
实验选用QUVA-340nm光源，此光源对太阳光的紫外短波段光线模拟效果最佳。实验条件为辐照度0.89W/m²，60℃光照8h，50℃冷凝4h，检查周期72h。实验完毕后分别按照GB/T 9754-2007与GB/T 11186.3测量并记录以下数据：
保光率=现有光泽/原始光泽*100%
其中，l、a、b为样板初始颜色值，l’、a’、b’为老化实验后样板的颜色值。
2 结果与讨论
2.1 不同树脂及反应体系
图1 不同树脂及反应体系涂层的保光率变化
图2 不同树脂及反应体系涂层的色差值变化
如图1-2所示，树脂A、B、C为TGIC体系树脂，其中，树脂C为超耐候型树脂，树脂D、E为HAA体系树脂，树脂F为聚氨酯体系树脂。从总体趋势来看，随着老化时间的延长，涂层的色差值在逐渐增大，涂层的保光率均呈先减小后变大再变小的趋势，这可能与涂层微观形貌的变化有关。超耐候型涂层的性能明显优于其他体系，1800h内保光率始终维持在90%左右，色差值在0.5以内。其次为聚氨酯体系，由于表面结构相对致密，1000h光泽可保持在80%以上，色差变化也较小。而HAA体系耐候性最差，在500h时，TGIC体系保光率可保持在70%-80%，HAA体系保光率则仅维持在50%附近，因其分子结构中裸露的N原子容易被氧化，所以色差变化也最为明显。当然，对于不同厂家、不同牌号的树脂来说，性能会有明显差异，具体结论以实验结果为准。综上，不同树脂及不同体系对粉末涂料的耐候性能有明显的影响，其中，超耐候型与聚氨酯体系的耐候性最优，而对于TGIC体系和HAA体系来说，不同树脂之间的性能差异大，以实际实验结果为准。
2.2 不同填料
图3 不同填料对TGIC体系的保光率影响
图4 不同填料对TGIC体系的色差值影响
图5 不同填料对HAA体系的保光率影响
图6 不同填料对HAA体系的色差值影响
如图2-6所示，对于TGIC体系来说，在前500h，三种填料的保光率和色差值总体上无明显区别；500h后，填料A的保光率要高于填料B和填料C，色差值明显低于填料B。对于HAA体系来说，填料A的保光率和色差值要始终优于填料B和填料C。造成这一结果的不同与填料的颜色、形状、粒径大小等因素有关，填料在涂层中的分布越均匀致密，涂层的老化性能越好。因此，不同填料对不同体系的粉末涂料耐候性有一定影响，其中，填料A的耐候性能较优。
2.3 不同树脂含量
图7 不同树脂含量对TGIC体系的保光率影响
图8 不同树脂含量对TGIC体系的色差值影响
图9 不同树脂含量对HAA体系的保光率影响
图10 不同树脂含量对HAA体系的色差值影响
如图7-10所示，对于TGIC体系和HAA体系来说，在前500h中，提高粉末涂料的树脂量后，粉末涂料的失光率和色差值明显变小；但自500h后，树脂含量相对低的粉末涂料的保光率却高于树脂含量相对高的粉末涂料，这可能是由于此时涂层中的酯键出现了大面积水解断裂，而树脂含量相对较高，其破坏程度也会相对较大，因此树脂含量高的涂层的保光率会略低于树脂含量低的涂层。最终，在1300h附近，涂层被完全分解破坏，保光率和色差值趋于一致。综上，提高粉末涂料的树脂含量可以在短时间内相对提高老化性能。
2.4 不同表面类型
图11 不同表面类型对粉末涂料保光率的影响
图12 不同表面类型对粉末涂料色差值的影响
如图11-12所示，高光型涂层的保光率基本一直高于消光型和砂纹型，在800h-1600h区别最为明显，色差值的变化则略优于消光型涂层，和砂纹型涂层基本一致。导致这一结果的原因可能是涂层表面微观结构的不同。高光型相比消光型和砂纹型来说，微观结构相对均匀致密，而消光和砂纹的微观结构相对粗糙，容易遭受水汽的侵蚀，破坏速度相对更快。综上，不同表面类型对粉末涂料的耐候性有一定影响，高光型粉末涂料的耐候性优于消光型和砂纹型。
3 结语
(1) 涂层老化的保光率均呈现先减小后增大再减小的趋势，这可能与涂层表面的微观结构变化有关。
(2) 不同树脂及不同体系对粉末涂料的耐候性能有明显的影响，超耐候型与聚氨酯体系最优，对于TGIC型和HAA型来说，不同厂家、不同牌号的树脂性能差异大，具体以实际结果为准。
(3) 不同填料对粉末涂料的耐候性有一定影响，这与填料的颜色、形状、粒径等因素有关。
(4) 不同树脂含量对粉末涂料的耐候性有一定影响，提高粉末涂料的树脂含量可以在短时间内相对提高老化性能，需结合其他因素综合考虑。
(5) 不同表面类型对粉末涂料的耐候性有一定影响，高光型粉末涂料的耐候性优于消光型和砂纹型。
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